无刷直流电动机的工作原理NEWENERGYVEHICLES

无刷直流电动机的工作原理主讲人：刘兴亚NEWENERGYVEHICLES郑州信息科技职业学院1.无刷直流电动机换向原理

无刷直流电动机主要由用永磁材料制造的转子、带有线圈绕组的定子和位置传感器(可有可无)组成。当两头的线圈通上电流时，根据右手螺旋定则会产生方向指向右的外加磁感应强度Ｂ(如粗箭头方向所示)。中间的转子会尽量使自己内部的磁力线方向与外磁力线方向保持一致。1.无刷直流电动机换向原理

无刷直流电动机主要由用永磁材料制造的转子、带有线圈绕组的定子和位置传感器(可有可无)组成。以形成一个最短闭合磁力线回路，这样内转子就会按顺时针方向旋转了。磁场与外部磁场方向一致时，转子所受磁力最大。但此时转子呈水平状态，转子力臂为０。虽然不再受到转动力矩的作用，但由于惯性，还会继续顺时针转动，这时若改变两头螺线管的电流方向，转子就会继续顺时针向前转动。如此不断改变两头螺线管的电流方向，内转子就会不停地转动起来。改变电流方向的这一动作，就称为换向。换向时刻只与转子的位置有关，与转速无关。2.无刷直流电动机工作原理

无刷直流电动机要转动，须先根据转子位置传感器的输出信号确定转子位置。然后通过电子换相线路去驱动电机本体使电枢绕组依次馈电，从而在定子上产生旋转的磁场，驱动永磁转子转动。定子三相绕组是相差120°对称分布的。三相绕组是星形连接的，其中6个功率管的开关由控制电路根据转子位置来决定。可以通过控制电路控制VT1~VT66个开关管的开关顺序，来调整电动机线圈的通电顺序，以实现电机的换相操作，使电机运转起来。绕组星形连接的具体接线图整个电机就引出三根线A、B、C。它们之间两两通电时，有6种情况，分别是AB、AC、BC、BA、CA和CB。每个通电线圈产生的磁感应强度的方向(短箭头表示)和两个线圈的合成磁感应强度的方向(长箭头表示)。AB相通电，中间的转子(图中未画出)会尽量往长箭头方向对齐。当转子到达图(a)中长箭头位置时，外线圈换相。当转子到达图(b)中箭头位置时，外线圈再次换相，改成BC相通电，再往后以此类推。改成AC相通电。这时转子会继续运动，并尽量往图(b)中的长箭头处对齐。当外线圈完成6次换相后，内转子正好旋转一周(即360°)。

实际操作的时候不会让转子转到与定子磁场方向对齐，而是定子主磁场方向一直超前转子磁场一定的角度，这样才会使转矩较大。一般利用霍尔传感器检测位置时，会60°换相(磁场跳跃60°)一次，换相后定子主磁场方向超前转子磁场120°。由于转子受到定子磁场的作用，转子会向定子磁场对齐的方向旋转，从与定子主磁场方向从120°转动60°到两者夹角为60°。

实际操作的时候不会让转子转到与定子磁场方向对齐，而是定子主磁场方向一直超前转子磁场一定的角度，这样才会使转矩较大。这样可以使产生最大转矩的垂直位置正好处于本次通电的中间时刻。然后定子主磁场再次向前跳跃60°，这样转子又会慢慢跟上来。如此往复就可实现BLDCM的连续转动。换相前和换相后的定子和转子磁场位置在一个电角度周期内，只有６个位置，因此这种控制方式也称为三相6状态法。在任一时刻，只有两只管子导通，一个属于上桥臂，另一个属于下桥臂。分析可知永磁磁动势方向是随着转子旋转在连续不断地变化，而电枢磁动势的方向并不是连续不断地变化的，它是在做跳变，每次跳跃60°。分析可知永磁无刷直流电动机的控制方式还有三三导通180°型和两三轮流导通150°型。但两两导通120°用得最多，这里多其他类型不做详细阐述。电枢中也只有两相绕组中有电流，每个连续导通120°后关断，因此还可以称这种控制方式为两两导通120°型。在一个电角度周期内，三相定子绕组在空间共产生6个电枢合成磁动势位置。结论:转子每转过一个电角度，定子绕组就换流一次，相应的电枢磁动势就跳变一次。尽管电枢合成磁动势是跳变的，它与永磁磁动势的夹角在60°~120°变化，但从平均意义上来看，这两者是相对静止并且是相互垂直的，这表明永磁无刷直流电动机具有和直流电动机相同的电磁关系，从而决定了其机械特性和调速性能与直流电动机的相似性。在这六个连续做跳变的电枢磁动势作用下，转子永磁磁动势随转子旋转。

位置传感器必须正确摆放才能准确检测到转子位置，三相电机最少需要三个位置传感器，总共有八种输出可能，去掉全1和全0，六种输出正好对应永磁磁动势的六个位置。确定的原则是H的上跳沿（0-1）决定A相开始正向导通，HA的下跳沿（1-0）决定A相开始反向导通。同理对应于HB和HC，这样应将HA